DE2849739C2

DE2849739C2 - Verfahren zum Herstellen vielschichtiger Scintillator-Körper

Info

Publication number: DE2849739C2
Application number: DE2849739A
Authority: DE
Inventors: Dominic Anthony Cusano; Jerome Sydney Schenectady N.Y. Prener
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1978-11-16
Publication date: 1985-01-17
Also published as: GB2010891A; FR2409524A1; CA1122335A; JPS58136687A; JPS6350674B2; GB2010891B; GB2026017B; GB2026017A; FR2409524B1; NL7811452A; US4230510A; DE2849739A1; JPS5490089A; JPS6029756B2

Description

A) Aufbringen einer gleichförmigen Schicht aus Leuchtstoffmaterial auf mindestens eine Seite jedes

von mindestens zwei starren Substraten, die inen, gegenüber Strahlung bei den genannten kürzeren Wellenlängen transparent sind und flache Seiten aufweisen, und

B) Formen einer Schichtstruklur unter Anordnen eines optisch transparenten Materials zwischen Schichten der mit Leuchtversehenen Substrate der Stufe A), wobei das Material auch gegenüber Strahlung bei den genannten kürzeren Wellenlängen transparent ist.

Bei dem so erhalienen Scintillator-Körpcr liegt ein größerer Bereich von Lcuchtstoffmatcrial gegenüber einer Region frei, von der das vom Leuchtstoffmatcrial emittierte Licht leicht entweichen kann, um nachgewiesen zu werden. Die erhaltenen Scintillator-Körper sind brauchbar in tomographischen Detektoranordnungen., die eine hohe Gesamtenergieumwandlungswirksamkcii erfordern, ürn eine hohe Bildauflösung zu hnber, u"d für die Sicherheit des Patienten zu sorgen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das eingangs an zweiter Stelle genannte Verfahren gekennzeichnet durch

A) Vermischen eines geeigneten Leuchtstoffes mit einer nichtreaktiven flüssigen Matrixsubstanz zur Bildung einer Suspension, wobei die flüssige Matrixsubstanz härtbar und nach dem Härten gegenüber beiden obengenannten Strahlungsartcn transparent ist,

B) Einbringen der erhaltenen Suspension in eine Form erwünschter Gestalt, und

C) Härten der flüssigen Matrixsubstanz.

Das bei Röntgen- oder Gammastrahlenabsorption im so hergestellten Scintillator-Körpcr erzeugte Licht entweicht aus dem Körper bei minimaler innerer Reflexion und folglich geringem Lichtenergievcrlust.

Das bei den obigen Verfahren eingesetzte Leuchtstoffmaterial ist billig, verglichen mit den Ionisationsdctektoren. die unter hohem Druck (25 bar) stehendes Edelgas verwenden.

Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den jev/eiligen Unteransprüchen.

lim folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Leuchtstoff schichtartig verteilt wird.

Fig.2 eine Draufsicht im Schnitt des Scintillator-Kiirpers nach F i g. 1. in der die geschichtete Verteiluni» deii Leuchtstoffes ersichtlich ist,

Fig.3 eine Seitenansicht eines Scintiliator-Körpers, der von einer Umhüllung umgeben ist, die zur Umwandlung des vom Scintillator-Körper abgegebenen Lichtes in eine geeignetere Wellenlänge dient,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht von Scintillator-Körpern. bei denen der Leuchtstoff in Schichtform verteilt ist und die als Teil eines tomographischen Röntgenstrahldetektors angeordnet sind,

F i g. 5 eine Seitenansicht im Schnitt eines schichtartigen Scintiliator-Körpers, der zur Erzielung einer größeren Absorption geneigt ist.

F i g. 6 eine Seitenansicht im Schnitt eines Scintillator-Körpers mit kontinuicriicher Dispersion des Leuchtstoffes durch den Körper.

Fig. 7 eine Draufsicht im Schnitt des Scintiliator-Körpers nach Fig.6, die auch die kontinuierliche Dispersion des l.eufhisioffinalerials durch den Körper zeigt und

F i g. 8 einen Teil eines tomographischen Rönigenstrahldctektors mil Scintillator-Körpern, bei denen der ') Leuchtstoff kontinuierlich durch den Körper verteil! ist. F i g. I zeigt eine Seitenansicht im Schnitt eines Seintillator-Körpers I mit einer Viclschichtstruktur. Hei dieser Ausführungsform ist das l.euchtstoffmatcrial 1 an einem Substrat 5 angebracht. Die lcuchistoffübcr/ogein neu Substrate sind dann weiter mit das Licht kanalisierenden Laminaten 4 zwischen den Schichten der lcuchtstoffiibcr/ogeneii Substrate geschichtet. litn RönigenphotoM 2 wird durch ein l.euchlMoffteilchcn an einer Absorptionsstcllcb in der vierten l.cuchlstoffschicht abr > sorbiert. Die Absorption ties cncrgicrcichcn Röntgenphotons hoher Frequenz verursacht die Erzeugung vieler Photonen optischer Wellenlänge mit geringerer Energie und kleinerer Frequenz. Der Pfad 7 eines Pho- !oils !'plischcr Wellenlänge wird in seinem hin und her >o reflektierten Verlauf innerhalb des das Licht kanalisierenden Laminats 4 zwischen den Leuchlstoifschichtcn gezeigt, wobei dieses Photon schließlich aus dem Scintillator-Körper entweicht, wodurch es leichter nachgewiesen weiden kann, als wenn die Absorption innerhalb r> eines dichten und optisch viel weniger transparenten Körpers stattgefunden hatte.

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht des gleichen Scintillator-Körpcr wie in Fig. I. wobei zu bemerken ist, daß die Zahl der leuchistolfüber/.ogenen Subsiraischichten in nicht auf die gezeigten vier beschränkt zu sein braucht.

Sowohl Fig. I als auch Fig. 2 zeigen eine Leucht-Moffschicht 3. Diese Leuchtstoffschichi 3, die auf das Substrat 5 aufgebracht ist. wird in einer Vielfalt von Leuchtstofformen benutzt. Die l.euchlstoffschicht 3 r> kann entweder aus einem pulvcrförmigen, einkristallinen oder einem Leuchtstoff bestehen, der in einer transparenten Matrix dispergicrt ist. oder aus einem Leuchtstoff, der in einer zusammenhängenden Schicht aufgebracht ist, wie zum Beispiel einem durch Abschrecken •»o der flüssigen Form gebildeten Lcuchtstoffmatcrial.

Mit einem geeigneten Klebstoff kann irgendeiner der vorgenannten Leuchtstoffe in einer geeigneten Dicke auf das Substrat aufgebracht werden. So hat insbesondere ZnCdS : Ag eine große Teilchengröße, die das Entweichen des Lichtes aus der Pulverschicht fördert. Die Emissionsfarbe dieses besonderen Leuchtstoffes ist orange-rot und dies macht ihn besonders gut geeignet zum Nachweis mittels Sili/.iumhalbleiterclcmcnten. Eine 05 mm dicke Schicht dieses Leuchtstoffes absorbiert so zwischen 20 und 25% der Röntgenphotonen in einem computerisierten Tomographiesystem, bei deiiv die durchschnittliche Röntgenstrahlcnergie etwa 65 KeV beträgt. Fünf oder sechs Schichten dieser Dicke reichen daher von diesem Leuchtstoff, um 90% oder mehr der Röntgenphotonen zu absorbieren. Werden andere, stärker Röntgenstrahlen absorbierende Seltene Erdmetall-Leuchtstoffe bnutzt, wie LaOBr: Tm, LaOBr: Tb, Gd^OjS : Tb oder Lü2O2S : Tb, dann ist die Zahl der zur vollständigen Absorption erforderlichen Schichten kleiner, und die Verluste in den lichtleitenden Laminatschichien sind ebenfalls geringer.

Es gibt eine Vielzahl von Auswahlmögiichkeitcn für das Lcuchtstoffmatcrial. Die drei zum Auswählen eines besonderen Leuchtstoffes für computerisierte Tomo-J₁C graphic benutzten Kriterien sind seine hohe Leuchtwirksamkeil. das kurze Nachleuchten und die geringe Absorption für das emittierte Licht. Die Abklinggeschwindigkeit (Nachleuchten) ist besonders von Bcdeu-

tung in solchen Anwendungen der medizinischen Tomographie, bei denen wiederholtes Abtasien ausgeführt wird, wie zum Beispiel bei Bildern sich bewegender Körperorgane. Die Auswahl von Wirtskristallgiltcrn, die mit einem geeigneten Seltenen Erdmetall zu dotieren sind, d. h. einem Element milder Atomzahl zwischen 58 und 71 einschließlich, oder einem anderen Aktivator, schließe.! die Sulfide, Selenide und Telluride von Zink und Kadmium, die Iodide von Natrium und Cäsium, die Wolframatc von Kalzium und Kadmium, Lanthanoxybromid und die Oxysulfidc von Lanthan und Gadolinium ein.

Zusätzlich zum Aufbringen des Leuchtstoffmaterials in Pulverform auf das Substrat kann das Leuchtstoffmaterial auch als Einkristall aufgebracht werden, wenn solche Kristalle existieren. So ist zum Beispiel ein Einkristall von Cäsiumjodid, dotiert mit Thallium, mittels eines geeigneten Klebstoffes, wie eines Epoxyharzes, an dem Substrat anbringbar.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Lcuchtstoffschicht, die an dem Substrat angebracht ist, aus einem geeigneten Leuchtstoff, der kontinuierlich in einer transparenten Matrix dispergiert ist, wie im folgenden noch näher beschrieben werden wird.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Leuchlstoffschicht 3 (vgl. Fig. 1) aus einer Leuchtstoffschicht, die entweder durch Bedampfen, Erstarrenlassen einer Schmelze oder Sintern unter hohem Druck auf das Substrat aufgebracht ist.

Das Subsiratmaterial selbst darf keine Röntgenstrahlen absorbieren, deren Frequenzen innerhalb des interessierenden Spektralbereiches liegen. Typischerweise besteht das Substrat aus einem klargeschmolzenen Quarzmaterial, dessen flache Seiten naturgemäß nicht völlig flach sind. Dieses Substrat sollte auch optisch transparent sein, obwohl dies nicht wesentlich ist, da die Mehrzahl der emittierten optischen Photonen durch die lichlkanalisierenden Laminatschichten ihren Weg zur Außenseite des Scintillator-Körpers finden. Eine typische Dicke für dieses Substrat für tomographischc Anwendung beträgt 0,5 mm.

Zwischen jeweils zwei leuchtstoffüberzogenen Substraten 5 liegt eine Schicht 4 des iichtkanalisiercnden Laminatmaterials. Dieses ist üblicherweise ein Epoxymaterial. Das Hauptkriterum für die Auswahl dieses Laminatmaterials ist seine optische Transparenz. Andere Kriterien schließen seine chemische Verträglichkeit mit dem Leuchtstoffmaterial, seine strukurelle Starrheit, seine geringe Röntgenstrahlenabsorption und seine Fähigkeit ein, auch gegenüber einer längeren Röntgenbestrahlung widerstandsfähig zu sein.

Die Laminatschicht 4 enthält auch wahlweise mindestens ein Material, wie einen Fluoreszenzfarbstoff, der aufgrund einer Wellenlängenumwandlung ein Photon sichtbarer Wellenlänge emittiert, das mittels des photoelektrisch ansprechenden Elementes nachgewiesen werden kann, wenn das Material zur Umwandlung der Wellenlänge von den vom Leuchistoffmaterial erzeugten Photonen optischer Wellenlänge angeregt wird. Der innige Kontakt der Laminatschichten 4 mit den Leuchtstoffschichten 3 macht die ersteiren besonders brauchbar und wirksam für eine Wellenlängenumwandlung.

Wenn die Wellenlängenumwandlung nicht innerhalb des Scintiliator-Körpers stattfinden soli, dann wird dieser in einer anderen Ausführungsform von einer Umhüllung umgeben, die eine Substanz enthält, die zur Wellenlängenumwandlung in der Lage ist Diese Ausfüh rungsform ist in F i g. 3 dargestellt, wo eine vielschichtiger Scintillator-Körper I (oder 10), der kontinuierlich dispergierten Leuchtstoff enthält und im folgenden näher beschrieben wird, von einer Umhüllung 8 umgeben ι ist, die ein Material, wie gewisse Fluoreszenzfarbstoffe, enthält, die die Wellenlängenumwandlung vornehmen können. In Fig.3 wird das Röntgenphoton 2 an der Absorptionsstelle 6 innerhalb des Scintillator-Körpers 1 absorbiert, und dadurch werden viele Photonen mit ei ner ersten geringeren Wellenlänge emittiert, wobei de ren Pfade durch einen Pfad 7 illustriert sind. Dieses Photon gelangt auf dem Pfad 7 zu einer sekundären Absorptionsstclle 6' innerhalb der den Scintillator-Körper 1 umgebenden Umhüllung 8. An dieser Stelle 6' wird das Photon der ersten geringeren Wellenlänge absorbiert, und ein anderes Photon einer zweiten Wellenlänge wird emittiert und verläßt den Körper über den Pfad T. Auf diese Weise kann die Wellenlänge des den Scintillator-Körper verlassenden Lichtes einem empfindlicheren Spektralbereich eines photoelektrisch ansprechenden Detektors angepaßt werden. Wenn es erwünscht ist, können mehrere Wellenlängenumwandlungen vorgenommen werden, indem man vielfach angepaßte Fluoreszenzmaterialien benutzt.

Es wird die Herstellung eines typischen vielschichtigen Scintillator-Körpers beispielhaft beschrieben: Hierzu wurde der Leuchtstoff BaFCI: Eu mit einem gleichen Gewicht eines handelsüblichen Epoxyharzes vermengt, das 0,1 g Rhodamin auf 30 ml Epoxyharz enthielt Euro piumdotierung betrug etwa 1 MoI-%, obwohl auch Do tierungen von 0,1 bis 5 Mol-% benutzt werden können. Der Leuchtstoff wurde durch Rollen für 16 Stunden in einem Glasbehälter mit Glasperlen in dem Epoxyharz suspendiert. Die Suspension brachte man mit einem

J5 Gardner-Abstreichmesser bis zu einer Dicke von 03 mm auf 03 mm dicke Substrate aus klargeschmoleneni Quarz auf. Der aufgebrachte Susper.sionsfilm wurde 18 Stunden lang bei 88" C gehärtet, und danach überzog man das Substrat auf der anderen Seite und härtet wieder. Es wurde ein Scintillator-Körper hergestellt, indem mann das mit Leuchtstoff versehene Substrat mit 1 mm dicken gehärteten Epoxy-Abstandshaltern unter Verwendung des gleichen Epoxyharzes als Zement laminierte. In einer anderen Ausführungsform der Vorlie- genden Erfindung wurde der organische Farbstoff Rhodamin nicht in den Leuchtstoff, sondern in die Epoxyharz-Abstandshalter eingearbeitet

Es gibt eine Reihe vorteilhafter Merkmale dieses besonderen Scintillaior-Körpers. So wird zum Beispiel die

so Menge der absorbierten Röntgenstrahlung durch die Zahl der Leuchtstoffschichten kontrolliert Diese Zahl der Leuchtstoffschichten wird für die verschiedenen Absorptionsvermögen der eingesetzten Leuchtstoffe eingestellt Wenn es erwünscht ist, werden gewisse Sub-

SS strate nur auf einer Seite mit Leuchtstoffmaterial Oberzogen. Ein anderer Vorteil dieses Körpers ist es, daß er den Einsatz von anderen als einkristallinen Leuchtstoffen, wie CsJ: TI, gestattet Dieser Körper gestattet eine flexiblere Auswahl hinsichtlich des geeigneten Leucht stoffes, wenn Eigenschaften wie die Wellenlänge des abgegebenen Lichtes, die Nachleuchtdauer und die Leuchtwirksamkeit ausgeglichen werden müssen. Außerdem gibt es bestimmte Leuchtstoffe, wie CsJ: Na, die, obwohl ansonsten gute Leuchtstoffmaterialien, den Nachteil haben, daß sie hygroskopisch sind und aus der Atmosphäre Wasser absorbieren und dabei ihre Leistungsfähigkeit verlieren. Dieses Problem ist viel weniger ernst in einer geschichteten Struktur, bei der das

Leuchtstoffmaterial der Atmosphäre nur minimal ausgesetzt ist, als wenn der Leuchtstoff auf einen ausgesetzten Bildschirm aufgebracht ist. Ein anderes Merkmal des Scinlillator-Körpers ist seine Starrheil und Stabilität Ein für die Tomographie vorgesehener Scintillator-Körper, wie er in F ί g. 4 gezeigt ist, leidet nicht unter den Wirkungtn der Aufnahme akustischer oder mikrofonischer Geräusche, wie dies bei lonisationsdetektoren mit Edeltpsfüllung unter hohem Druck der Fall ist. Darüber hinaus werden die Scintillator-Körper mit einem hohen Grad der Genauigkeit hergestellt, und dies ermöglicht, daB sie in einer Petektoranordnung, wie der der F i g, 4, genau ausgerichtet werden. Außerdem können die Leuchtstoffsubstrate in einem bestimmten Winkel angeordnet werden, wie in F i g. 5 gezeigt, um eine größere Absorption zu bewerkstelligen, ohne die Dicke des Leuchtstoffes auf dem Substrat zu vergrößern, und dies gestattet die Erzielung der gleichen Absorption mit weniger Schichten.

Gemäß der anderen Äusiührungsform der vorliegenden Erfindung ist das Leuchtstoffmaterial in kontinuierlicher und gleichförmiger Weise in einer transparenten Trägermatrix dispergiert. Fig.6 zeigt einen solchen Scintillator-Körper 10, der durch ein hochenergiereiches Röntgenphoton 2 angeregt wird. Bei dieser Konfiguration sind die Leuchtstoffteiichen 11 in einer starren transparenten Matrix 12 dispergiert. Das Photon 2 wird durch Absorption an der Absorptionsstelle 6. von der eine Vielzahl von Photonen geringerer Energie und optischer Wellenlänge emittiert wird, umgewandelt. Diese Photonen werden durch die transparente Matrix 12 unter periodischem Reflektieren und Zerstreuen durch die Leuchtstoffteilchen 11 übertragen. Der größte Teil der erzeugten Lichtenergie erreicht jedoch schließlich das Äußere des Scintillator-Körpers und wird dort nachgewiesen. Ein typischer Lichtpfad 7 ist in F i g. 6 gezeigt.

Fig.7 gibt eine Draufsicht im Schnitt der Ausführur.gsior—■ der F i g. δ wieder, in der die Absorption des Röntgenphotons 2 innerhalb des Scintillator-Körpers 10 gezeigt ist. Die Hauptanforderungen an die transparente Matrix sind, daß sie ein guter Überträger des Lichtes der durch den Leuchtstoff erzeugten Wellenlänge sein muß, daß sie nicht mit dem Leuchtstoff reagieren darf und daß sie den Leuchtstoff in einer fixierten Suspension erhält, nachdem er gründlich darin dispergiert worden ist. Für diesen Zweck sind eine Reihe von Kunststoffen geeignet, wie zum Beispiel die Polyimide/Silikon-Co polymeren.

In der Ausführungsform der F i g. 6 ist die Auswahl des Leuchtstoffmaterials eine Frage des Designs und beruht auf Faktoren wie dem Absorptionsvermögen, der Nachleuchtdauer, der Leuchtwirksamkeit und der abgegebenen Wellenlänge. Die Leuchtstoffkonzentration in der transparenten Matrix wird so eingestellt, daß Veränderungen in der Gesamtabsorption bewirkt werden. Typischerweise besteht bei dieser Ausführungsform der Scintillator-Körper aus dem dispergierten Leuchtstoff in einer Konzentration von 10—20 Vol.-%.

Die Wellenlängenumwandlung wird von der Struktur mit dem dispergierten Leuchtstoff in einer von zwei Weisen bewirkt. Bei einer Ausführungsform ist der Scintillator-Körper von einer Umhüllung umgeben, die eine geeignete Substanz zur Wellcnlängenumwandlung enthält, wie den organischen Farbstoff Rhodamin. Eine sol che Struktur ist in F i g. 3 veranschaulicht, die gleichermaßen anwendbar ist auf die Struktur mit dem dispergierten Leuchtstoff wie für die oben bespracht·ne Vielschichtstruktur. Gemäß einer anderen Ausführungs form der Erfindung wird die Substanz zur Wellenlängenumwandlung nil dem iransparcnten Matrixmaterial vermischt.

Die Herstellung der Scintillator-Körper mit dispergiertcm Leuchtstoff ist besonders einfach. Der ausgewähite Leuchtstoff wird gründlich mit einem Epoxyharz, Kunststoff oder irgendeinem anderen Polymer vermischt, dessen optische und chemische Eigenschaften durch die Röntgenstrahlung nicht ernstlich beeinflußt werden, und man läßt die erhaltene Mischung erstarren oder, wenn sie nicht tatsächlich erstarrt, wird der Leuchtstoff in der Suspension fixiert. Die Erstarrung bewerkstelligt man mit einer Reihe von Verfahren, einschließlich der chemischen Aktivierung, einer Temperais turerhöhung oder UV-Bestrahlung. Die Scintillator-Körper werden entweder einzeln oder in einer Vielzahl in einer vorfabrizierten Detektoranordnungsstruktur hergestellt.

Die Fig.8 zeigt eine solche Scinitillatorstruktur mit einein Voruerwaiiutcil 1\ aus c-inern maiena! rnü einer kleinen Atomzahl, wie Beryllium oder Aluminium, das Röntgenstrahlen nicht absorbiert. Weiter weist die Struktur (wie auch die in F i g. 4) Kollimatorteile 10 auf, die aus einem Material hoher Ordnungszahl, wie WoIfram oder Tantal, bestehen, die für Röntgenstrahlen relativ undurchlässig sind. Schließlich hat die Struktur ein Bodenteil 23 und ein Rückwandteil 22. Die Dete.ktortei-Ie 20, 21,22 und 23 begrenzen eine Reihe vom Volumina, in die das Material mit dem dispergierten Phosphor

jo eingefüllt wird. Um eine angemessene und gründliche Füllung dieser Kollimatorstruktur sicherzustellen, wird die gesamte Detektoreinheit während des Einfüllerss vorteilhafterweise durch Ultraschall gerührt. Dann läßt man das Material auf eine der genannten Weisen crhär-

y> ten. Dadurch erhält man eine außerordentlich stabile Detektoranordnung, die für akustische Geräuschvibration während des Betriebes sehr viel weniger anfällig ist als eine lonisationsdetektoranordnung. Wenn erwünscht, kann ein Material zur Wellenlängenumwandlung hinzugegeben werden.

Wie die Vielschichtstruklur ist auch die Struktur mit dem dispergierten Phosphor starr, stabil unc leicht genau auszurichten. Das Problem der Hygroskopizität gewisser Leuchtstoffmaterialien ist ebenfalls stark vcrminden. Schließlich ist auch die Verwendung nicht einkristallinen Leuchtstoffmaterials möglich. Die Struktur mit dem dispergierten Leuchtstoff ist gegenüber Veränderungen des Röntgenstrahlspeklrums als Ergebnis von Filterwirkungen des Matrixmaleriais nicht sehr emprindlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen vielschichtiger Scintillator-Körper zur Erhöhung der nachweisbaren s Lichtabgabe im sichtbaren und nahe dem sichtbaren Wellenlängenbereich bei Erregung durch hochenergiereiche Photonen mit kürzeren Wellenlängen als den vorgenannten, gekennzeichnet durch folgende Stufen:

A) Aufbringen einer gleichförmigen Schicht aus Leuchtstoffmaterial auf mindestens eine Seite jedes von mindestens zwei starren Subtraten, die inert, gegenüber Strahlung bei den genannten kürzeren Wellenlängen transparent sind und flache Seiten aufweisen, und

B) Formen einer Schichtstruktur unter Anordnen eines optisch transparenten Materials zwischen Schichten der mit Leuchtstoff versehenen Substrste der Stufe A), wobei das Material auch gegenüber Strahlung bei den genannten kürzeren Wellenlängen transparent ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtstoffmaterial mittels eines Abstreichmessers auf die Substrate aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Ans'pruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optisch transparente Material auf die mit Leuchtstoff versehenen Substrate in ungehärteter Form mittels Abstreichmessern aufgebracht wird und nach dem Aufbringen gemäß Stufe B) gehärtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch .·. dadurch gekennzeichnet, daß man zu dem ungehärteten optisch transparenten Material mindestens eine Substanz hinzugibt, die zur Umwandlung der Wellenlänge fähig ist, bevor man das Material auf das mit Leuchtstoff versehene Substrat aufbringt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zu dem Leuchtstoff mindestens eine Substanz, die zur Wellenlängcnumwandlung in der Lage ist, hinzufügt, bevor man ihn auf das Substrat aufbringt

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als optisch transparentes Material ein Epoxyharz verwendet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat Quarz ver- wendet wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Leuchtstoffschicht einen Einkristall aufbringt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht in Pulverform aufgebracht wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht durch Bedampfen auf das Substrat aufgebracht wird, bo

11. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht durch Hochdrucksintern hergestellt wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der gebilde- b5 ten Schichten steuerbar ausgewählt wird und die Schichten in einem Winkel aufgebracht werden.

13. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Leuchtstoff BaFChEu, ZnCdS: Ag, ZnCdS: Ag. Ni, CsJ : TI. CsJ : Na, CaF₃ : Eu, Gd₂O₂S :Tb, LaOBr : by, La-OBr :Tm, LaOBr :Tb. La₂O_-^Tb. Bi₄GejOp, Ca-WO₊, ZnS, ZnSe. ZnTe. CdS. CdSe, CdTc oder NaI verwendet wird.

54. Verfahren zum Herstellen von Scintillator-Körpern mit dispergiertem Leuchtstoff, um die nachweisbare Lichtabgabe im sichtbaren urv! nahe dem sichtbaren Wellenlängenbereich bei Erregung durch hochenergiereiche Photonen mit kürzeren als den genannten Wellenlängen zu erhöhen, gekennzeichnet durch folgende Stufen:

A) Vermischen eines geeigneten Leuchtstoffes mit einer nicht-reaktiven flüssigen Matrixsubstanz zur Bildung einer Suspension, wobei die flüssige Matrixsubstanz härtbar und nach dem Härten gegenüber beiden obengenannten Strahlungsarten transparent ist,

B) Einbringen der erhaltenen Suspension in eine Form erwünschter Gestalt, und

C) Härten der flüssigen Malrixsubstanz.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man als Form eine solche aus einer Reihe identischer separater Abteile verwendet, die ein Vorderwandteil, das von Strahlung der genannten kürzeren Wellenlängen durchdringbar ist, Seitenwandteile. die gegenüber Strahlung der genannten kürzeren Wellenlänge opak sind, Innenwandteile, die eine Vielzahl dieser Abteile begrenzen und parallel zu den Seitenwandteilcn orientiert und gegenüber Strahlung der genannten kürzeren Wellenlänge opak sind, ein Bodenteil und ein Rückwandteil so umfassen, daß die nach dein Härten erhaltene Struktur als Teil eines Detektorsysicms brauchbar ist.

16. Verfahren nach Anspruch I*. dadurch gekennzeichnet, daß während des Einbringens der Suspension nach Stufe B)des Anspruchs !4 geführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, daß mit Ultrasehallfrcquenz gerührt wird.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Seitenwandtcilc und Innenwandteile solche aus Wolfram oder Tantal benutzt werden.

19. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Leuchtstoff BaFChEu, ZnCdS: Ag, ZnCdS: Ag. Ni. Cs) : TI, CsJ : Na. CaF. : Eu. Gd₂O₂S : Tb. LaOBr : Dy. La-OBr :Tm, LaOBr : Tb, Ln₂O₂S :Tb. Bi₄GCjOi₂, ZnS, ZnSe. ZnTe, CdS, CdSc. CdTe oder Na | verwendet wird.

20. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 19. dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe A) de? Anspruchs 14 mit der flüssigen Malrixsubstanz mindestens auch eine Substanz vermischt, die zur Wellenlängcnumwandlung fähig ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20. dadurch gekennzeichnet, daß als Substanz zur Wdlcnliingenumwandlung Rhodamin verwendet wird.

22. Verfahren nach den Ansprüchen 14 bis 21. dadurch gekennzeichnet, daß als flüssige Malrixsubstanz ein Epoxyharz oder ein Silikon/Polyimid-Copolymer verwendet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, duß das Härten durch chemische Aklivie-

rung, UV-Bestrahlung oder durch Erhitzen auf eine ausreichend hohe Temperatur verursacht wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der nachweisbaren Lichtabgabe im sichtbaren und nahe dem sichtbaren Wellenlängenbcreich bei Erregung durch hochenergiereiche Photonen mit kürzeren Wellenlängen als den vorgenannten. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen von Scintillator-Körpern mit dispergiertem Leuchtstoff, um die nachweisbare Lichtabgabe im sichtbaren und nahe dem sichtbaren Welleniängenbereich bei Erregung durch hochenergiereiche Photonen mit "kürzeren als den genannten Wellenlängen zu erhöhen.

Ein Scintiilator-Körper besteht allgemein aus einem Material, das bei Erregung durch hochenergiereiche Photonen, wie solche in Röntgen- oder Gammastrahlenbereich des Spektrums, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren oder nahe dem sichtbaren Spektrum emittiert. Diese Materialien sind ausgezeichnet zur Verwendung als Detektoren in industriellen oder medizinischen Röntgen- oder Gammastrahlen-Apparaten. Bei den üblichen Anwendungen läßt man die von den Scintillator-Körpern emittierte Lichtabgabe auf photoelektrisch ansprechende Materialien auflreffen, in denen ein elektrisches Signal erzeugt wird, das in direkter Beziehung steht zur Intensität der anfänglich auf den Scintillator-Körper auftreffenden Röntgen- oder Gammastrahlung.

Scintillator-Körper umfassen einen Hauptteil solcher Geräte, die zum Nachweis der Anwesenheit und Intensität einfallender hochenergiereicher Photonen benutzt werden.

Ein anderer üblicherweise benutzter Detektor ist die Ionisationskammer, die ein Edelgas unter hohem Druck enthält, wie Xenon, das zu einem gewissen Ausmaß ionisiert, wenn es hochenergicrcicher Röntgen- oder Gammastrahlen ausgesetzt ist. Aufgrund dieser Ionisation fließt ein bestimmter Strom zwischen der Kathode und der Anode dieser Detektoren, die auf relativ hohen und entgegengesetzten Polaritäten zueinander gehalten sind. Der fließende Strom wird durch einen entsprechenden Stromkreis nachgewiesen, dessen Abgabe die Intensität der hochencrgiereichen Strahlung reflektiert. Da diese Art von Detektor einen lonisationspfad benutzt, bleibt er offen. Er ist daher besonders empfindlich für seine eigene Form vcr> »Nachleuchten«, was zu einem Verwischen von Information in der Zeildimension führt, die in Hern bestrahlenden Signal enthalten ist, und zwar als Ergebnis des Passicrcns eines zu untersuchenden Körpers, wie bei der computerisierten Tomographie.

Der in dieser Anmeldung einschließlich der Ansprüche benutzte Begriff »Licht« bedeutet solche elektromagnetischen Strahlungen im sichbaren Bereich des Spektrums sowie nahe dem Sichtbaren liegende Wellenlängen, die von gewissen Leuchtstoffen abgegeben werden. Der Begriff »optische« umfaßt den gleichen Spektralbercich wieder Begriff »Licht«.

Es ist allgemein erwünscht, daß die Lichtabgabc der Scintillalor-Körper für eine gegebene Menge Röntgcn- oder Gammastrahlenencrgie so groß als möglich ist. Dies trifft besonders rür den Bereich der medizinischen Tomographie zu, wo die 'p.tensität der Röntgenstrahlen so gering als möglich sein soll, um irgendeine Gefahr für den Millionten zu minimaiisicrcn.

Eine andere bedeutende Eigenschaft, die Scintillator-Körper aufweisen sollten, ist die eines kurzen Nachleuchtens. Das bedeutet, daß nur eine relativ kurze Zeit zwischen der Beendigung der Anregung mit hochenergiereichen Photonen und dem Aufhören der Lichtabgabe vom Scintillator verstreichen sollte. Wenn das nicht der Fall ist, dann erhält man ein Verschmieren in der Zeit des die Information tragenden Signals, das zum Beispiel erzeugt wird, wenn der Scintillator-Körper zur

ίο Herstellung tomographischer Bilddaten benutzt wird. Wenn ein rasches !omographisches Abtasten erwünscht ist, begrenzt das Nachleuchten die Abtastgeschwindigkeit stark und macht es daher schwierig, sich bewegende Körperorgane, wie das Herz oder die Lunge, zu beobachten.

Ein Scintillator-Körper muß. um wirksam zu sein, ein guter Umwandler hochenergiereicher Photonen, d. h. von Röntgen- und Gammastrahlung, sein. Die derzeitigen Scintillator-Körper bestehen aus einem Leuchtstoff in Pulver-, polykristalliner oder kristal'hsr Form. In diesen Formen ist das bei Anregung mrt hochenergiereichen Photonen erzeugte brauchbare Licht auf das begrenzt, das aus dem inneren des Scinti!lator-K.örpers nach außen gelangt und das bereits in den Oberflächen erzeugt wird. Wegen der optischen Absorption aufgrund der vielfachen inneren Reflcktionen, wobei jede Reflektion die zu äußeren Detektoren gelangene Lichtmenge weiter schwächt, ist das Entweichen von Licht schwierig. Es ist daher notwendig, daß nicht nur die Leuchtstoffe selbst eine gute Leuchtwirkung aufweisen, sondern es ist auch notwendig, daß das emittierte Licht zum Nachweis verfügbar ist.

Im Bereich der medizinischen Tomographie, wo die intensität der Röntgenstrahlung durch den Körper, den sie passieren, moduliert wird, wobei diese modulierte Strahlung dann in elektrische Signale umgewandelt wird, ist es von Bedeutung, daß P-öntgenstrahlen-Nachweisgeräte mit einer guten GesamtenergieuinwanriJung vorhanden sind. Bei Geräten mit geringer Wirksamkeit muß man eine Röntgenstrahlung einer höheren Flußdichwe benutzen, um die gleiche Licht- und elektrische Abgabe vom Gesamtsystem zu erzeugen. Im Zusammenhang mit der medizinischen Toniographii; bedeutet dies, daß ein solches System ein geringes Verhältnis von Signal zu Geräusch, auch Rauchabstand genannt, aufweist.

Typische Leuchtstoffe für Scintillator-Körper schließen mit Europium dotiertes Bariumfluorchlorid ein (BaFCl : Eu). Andere Leuchtstoffe sind zum Beispiel Wismutgermanat (BtiGejOu), Lanthanoxybromid dotiert mit Terbium (LaOBr : Tb), Cäsiumjodid dotiert mit Thallium (Cs) :T1), Cäsiumjodid dotiert mit Natrium (Cl) : !«a/, Kalziumwolframat (Cr.W0<), Kadmiumwolf· ramat (CdWO^), Zinkkadmiumsulfid dotiert mit Silber (ZnCdS : Ag), Zinkkadmiumsulfid dotiert mit Silber und Nickel (ZnCdS: Ag, Ni), Gadoliniumoxysulfid dotiert mit Terbium (Gd2O2S :Tb) und Lanthanoxybromid sotiert mit Dysprosium (LaOBr: Dy). Andere mögliche Wirtskristalle für Leuchtstoffe schließen sie Selenide

to von Zink und Kadmium, die Telluride von Zink und Kadmium, Natriumjodid und das Oxysulfid de:; Lanthans (La2O?S) ein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das eingangs zuerst genannte Ver'ahren gekennzeichnet durch fol-

6' gende Stufen: